JP2022048040A - 指示入力装置、及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】指示体のＺ座標方向の情報に基づいて出力精度を高めたり、操作性を高めたりすることができる指示入力装置を提供する。
【解決手段】入力画像を表示する画面に沿った光学的検出領域を前記画面に向かって指示体が進入する方向に重ねて複数段設け、前記複数段の光学的検出領域の各段における指示体の指示位置を光学的に検出可能な検出部を設けると共に、前記検出部からの出力を受信して、前記複数段の光学的検出領域における前記指示体による指示位置の座標と、前記指示体による指示の開始／終了と、を処理する処理部とを設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、入力画像を表示する画面に沿って設けた検出領域に進入させた指示体を光学式に検知して指示体による指示位置を出力する指示入力装置、及びモニター装置に入力画像を出力すると共に指示入力装置の出力を用いて入力画像を通じた入力操作を制御される電子機器に関する。

入力画像を表示する画面に沿って設けた検出領域に進入させた手指、タッチペン等の指示体を光学式に検知して、指示体による指示位置の座標を出力する指示入力装置の例として、各種方式のタッチパネルが広く用いられている。そして、モニター装置に入力画像を出力すると共に、モニター装置に付設されたタッチパネルの出力を用いて入力操作を制御される電子機器の例として電車の切符販売機、図書館の書籍検索装置等が広く用いられている。

特許文献１には、画面を囲む枠体の立面に検出領域に対応させて線状に設けた反射部材と、枠体に沿って離間した位置に設けられて反射部材を撮像する第１撮像部及び第２撮像部と、を有し、照明光を用いた第１撮像部及び第２撮像部による反射部材の撮影画像に基づいて指示体の指示位置の座標を検出するタッチパネルが記載されている。このタッチパネルは、第１撮像部が撮像した反射部材上の指示体と第２撮像部が撮像した反射部材上の指示体とを検出して、検出領域上の指示体の座標を三角測量する仕組みである。

特許文献２には、画面を囲む枠体に検出領域に対応させて赤外線マトリックス素子を設けた赤外線方式のタッチパネルが記載されている。赤外線方式とは、画面の周囲に赤外線発光ダイオードと受光ダイオードを対に配置して検出光の赤外線ビームを発生／検出させ、指示体が赤外線ビームを遮ることにより、画面上の指示体の指示位置を検知する方式である。

特開２０１０－２５７０８９号公報 特開２００８－９６１７９号公報

特許文献１、２のタッチパネルは、画面に沿った検出領域上の指示体のＸ座標及びＹ座標を検出することができるが、検出領域内の指示体の画面に垂直な方向の情報を検出することができない。したがって、指示体のＺ座標方向の情報に基づいてタッチパネルの出力精度を高めたり、タッチパネルの操作性を高めたりすることができない。

特許文献１、２のタッチパネルは、画面にタッチして操作することを前提としているため、画面から離間した位置で指示体をＺ座標方向に移動させてＯＮ／ＯＦＦ操作するようにした非接触タッチ方式のタッチパネルに使用すると、指示体のＺ座標方向の小さな動きを拾っていわゆるチャタリングを起こし易く、誤動作、誤操作が多くなる。また、画面に近い位置で指示体を移動させた移動先で指示体をＺ座標方向に移動させてＯＮ／ＯＦＦ操作しようとした場合に非接触タッチ方式のタッチパネルがＯＮ／ＯＦＦを認識してくれない場合がある。

本発明は、指示体のＺ座標方向の情報に基づいて出力精度を高めたり、操作性を高めたりすることができる指示入力装置を提供することを目的としている。その一例としては、画面から所定距離まで指示体を近付けると指示体による指示の開始を出力する一方で、指示体を画面から遠ざける際には所定距離よりも小さい距離で指示体による指示の終了を出力させて、誤動作、誤操作を少なくすることが可能な指示入力装置を提供することを目的としている。また、画面に近い位置で指示体を移動させた移動先で指示体をＺ座標方向に移動させてＯＮ／ＯＦＦ操作しようとした場合にＯＮ／ＯＦＦを認識できる指示入力装置を提供することを目的としている。そして、このような指示入力装置を用いた非接触タッチ方式の電子機器を提供することを目的としている。

上述した課題を解決するために、本発明の指示入力装置は、入力画像を表示する画面に沿った光学的検出領域を前記画面に向かって指示体が進入する方向に重ねて複数段設け、前記複数段の光学的検出領域の各段における指示体の指示位置を光学的に検出可能な検出部を設けると共に、前記検出部からの出力を受信して、前記複数段の光学的検出領域における前記指示体による指示位置の座標と、前記指示体による指示の開始／終了と、を処理する処理部とを設けたことを特徴とする。

請求項２の指示入力装置は、前記複数段の光学的検出領域は、前記画面から離間させて前記画面に沿って設けた第１検出領域と、前記画面と前記第１検出領域の間に前記画面に沿って設けた第２検出領域と、を有し、前記第２検出領域は、前記第１検出領域から前記画面に向かう方向に離間させて設けられていることを特徴とする。

請求項３の指示入力装置は、前記第２検出領域は、前記画面から遠ざかる方向に離間させて設けられていることを特徴とする。

請求項４の指示入力装置は、前記検出部は、前記画面を囲む枠体の立面に前記第１検出領域及び前記第２検出領域に対応させて平行に設けた第１反射部材及び第２反射部材と、前記枠体に沿って離間した位置に設けられて前記第１反射部材及び前記第２反射部材をそれぞれ一体に撮像する第１撮像部及び第２撮像部と、を有し、前記処理部は、前記第１反射部材及び前記第２反射部材の前記第１撮像部による撮像出力と、前記第１反射部材及び前記第２反射部材の前記第２撮像部による撮像出力と、を処理して前記指示体による指示位置の座標を出力することを特徴とする。

請求項５の指示入力装置は、前記検出部は、前記画面を囲む枠体に前記第１検出領域に対応させて設けた第１赤外線マトリックス素子と、前記枠体に前記第２検出領域に対応させて設けた第２赤外線マトリックス素子と、を有し、前記処理部は、前記第１赤外線マトリックス素子の出力と、前記第２赤外線マトリックス素子の出力と、を処理して前記指示体による指示位置の座標を出力することを特徴とする。

請求項６の指示入力装置は、前記処理部は、前記指示体による指示位置の座標として、前記第２検出領域における前記指示体の非検出時には前記第１検出領域における前記指示体による指示位置の座標を出力し、前記第２検出領域における前記指示体の検出時には前記第２検出領域における前記指示体による指示位置の座標を出力することを特徴とする。

請求項７の指示入力装置は、前記処理部は、前記第１検出領域における前記指示体の検出開始時に前記指示体による指示の開始を出力し、当該指示の開始に続いて発生する前記第２検出領域における前記指示体の検出終了時に前記指示体による指示の終了を出力することを特徴とする。

請求項８の指示入力装置は、前記処理部は、前記第２検出領域における前記指示体の検出終了に伴う指示の終了の出力に続いて発生する前記第２検出領域における前記指示体の検出開始時に前記指示体による指示の開始を出力することを特徴とする。

請求項９の指示入力装置は、前記画面を有するモニター装置と、前記画面に前記入力画像を出力すると共に、前記処理部の出力に基づいて前記画面上で前記指示体により指示された前記入力画像に基づく出力を制御する制御部と、を有することを特徴とする。

上述した課題を解決するために本発明の電子機器は、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の指示入力装置を有することを特徴とする。

本発明の指示入力装置によれば、複数段の検出領域を用いて画面上の指示体のＺ座標方向の情報を取得するので、可視光又は赤外光を照明光又は検出光として用いる光学式の指示入力装置において、このＺ座標方向の情報を用いてその出力精度を高めたり、その操作性を高めたりすることができる。

請求項２の指示入力装置によれば、第２検出領域と第１検出領域との間に距離を設けているので、指示体のＺ座標方向の移動の有無に加えて、当該距離の移動速度というＺ座標方向の情報を取得することができる。

請求項３の指示入力装置によれば、第２検出領域と画面との間に距離を設けているので、画面から離間した位置で指示体をＺ座標方向に移動させてＯＮ／ＯＦＦ操作する非接触タッチ方式のタッチパネルにおいて指示体をＺ座標方向に移動させる位置の選択幅が広くなる。したがって、指示体が誤って画面にタッチすることを回避し易くなる。

請求項４の指示入力装置によれば、第２検出領域と第１検出領域とを共通の１組の第１撮像部及び第２撮像部で撮像するので、第２検出領域と第１検出領域とを個別の１組ずつの第１撮像部及び第２撮像部で撮像する場合よりも構成部品の数を減らして指示入力装置を小型軽量に構成できる。

請求項５の指示入力装置によれば、画面上にそれぞれ任意の高さ位置と任意の段数で第１赤外線マトリックス素子及び第２赤外線マトリックス素子を重ねて指示入力装置を構成することができる。

請求項６の指示入力装置によれば、画面に近い位置で指示体による指示がされた場合には画面に近い第２検出領域で検出した第２座標を出力するので、指示体による指示位置の座標の検出精度を高めることができる。指示体が手指の場合に指の細いところを検出して実際の指示位置と指示体の検出位置のずれを小さくすることができる。

請求項７の指示入力装置によれば、画面から所定距離まで指示体を近付けると指示体による指示の開始を出力する一方で、指示体を画面から遠ざける際には所定距離よりも小さい距離で指示体による指示の終了を出力させて、指示体による指示の開始／終了の出力にヒステリシスを設けることが可能である。

請求項８の指示入力装置によれば、画面に近い位置で指示体を移動させた移動先で指示体をＺ座標方向に移動させてＯＮ／ＯＦＦ操作しようとした場合にそのＯＮ／ＯＦＦを認識できる。

請求項９の指示入力装置によれば、モニター装置及びモニター装置に入力画像を表示させる制御部を一体にした指示入力装置を提供することができる。

請求項１０の電子機器によれば、指示体のＺ座標方向の情報に基づいて指示入力装置の出力精度を高めたり、指示入力装置の操作性を高めたりした電子機器を提供することができる。

実施の形態１の指示入力装置を搭載した電子機器における非接触式のタッチ操作の説明図である。 実施の形態１の指示入力装置の構成を簡略に説明した模式図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は側面図である。 図２の指示入力装置に搭載された検出部の斜視図である。 図３の検出部に搭載された光源の説明図であって、（ａ）は光源の平面図、（ｂ）は光源を側面から見たＡ－Ａ断面図である。 図３の検出部に搭載されたカメラ部の説明図であって、（ａ）はカメラ部の平面図、（ｂ）はカメラ部を側面から見たＢ－Ｂ断面図である。 図２の指示入力装置における制御のブロック図である。 図２の指示入力装置における座標出力の制御のフローチャートである。 図２の指示入力装置における指示体による指示の開始／終了出力の制御のフローチャートである。（ａ）は検出フラグＯＦＦ時のフロー、（ｂ）は検出フラグＯＮ時のフロー、（ｃ）は検出フラグＯＮ時のフロー、（ｄ）は検出フラグＯＦＦ時のフローである。 実施の形態２の指示入力装置の構成の説明図であって、（ａ）は指示入力装置の構成の模式図、（ｂ）は第１及び第２赤外線マトリックス素子の模式図である。

本発明のいくつかの実施の形態を、添付した図面を参照して詳細に説明する。以下の実施の形態では、デスクトップ・パーソナルコンピュータのモニター装置に装着される独立した枠体状の指示入力装置を説明するが、本発明の指示入力装置は、このような実施の形態には限定されない。指示入力装置は、モニター装置を一体化したタブレット・パソコンのような実施形態で実施してもよい。電子機器は、モニター装置を含む指示入力装置を、移動、販売、受付等の実作業を行う各種装置に一体化した実施形態で実施してもよい。

従来より、施設等の案内装置、切符の販売装置、コンサートの受付装置、公共施設の検索装置等において、操作ボタンやダイヤルが表示された画面を手指で直接タッチして入力操作するタッチパネル入力装置が広く用いられている。しかし、近年、病原体の感染者が手指で直接タッチした画面を通じて病原体が不特定多数の人々の手指に拡散する可能性が指摘され、操作ボタンやダイヤルが表示された画面から離れた位置で手指を移動させて操作する非接触タッチ方式のタッチパネル入力装置に、従来のタッチパネル入力装置を置き換えることが検討されている。

＜実施の形態１＞
図１に示すように、電子機器の一例である非接触タッチ方式の入力装置１は、入力画像４ａが表示された画面４から離れた位置で指示体（手指）３を前後方向に移動させて操作するコンピュータ入力装置である。パーソナルコンピューターのマウス入力装置と対比して説明すると、指示体３が画面４に表示されるポインタであり、マウスの左ボタンのシングルクリックの押し操作が指示の開始、戻り操作が指示の終了である。マウス入力装置は、画面のポインタ位置の座標ｘ、ｙを常時出力するとともに、マウスがシングルクリックされたタイミングで指示の開始／終了を出力する。指示の開始／終了は、１つのパルス信号の立ち上がり／立ち下がりでもよく、それぞれ独立したパルス信号であってもよい。

非接触タッチ方式の入力装置１は、画面４を有するモニター装置２と、モニター装置２の前面に着脱可能に取り付けられた枠体状の指示入力装置１０と、モニター装置２に入力画像４ａを出力すると共に指示入力装置１０の出力を用いて電子機器の入力操作を制御する制御部１５と、を有する。モニター装置２は、パーソナルコンピューター接続用の市販の液晶ディスプレイであって、モニター装置の１５～２４インチの複数段階の画面サイズに合わせて枠体７の大きさを異ならせた複数種類の指示入力装置が準備されている。

図２（ａ）に示すように、指示入力装置１０は、特許文献１に記載された光学式位置検出装置とほぼ同一に構成され、機能するものであって、手指、指示棒等、特殊な光学的機能をそれ自身に有していない指示体による画面４上の指示位置の座標ｘ、ｙを出力するものである。指示入力装置１０は、枠体７の立面７ａ、７ｂ、７ｃに設けた反射部材５ａ、５ｂ、５ｃ、及び反射部材６ａ、６ｂ、６ｃを明るい背景とする指示体３の影を、共通の１組の第１撮像部１３及び第２撮像部１４により撮像している。

図２（ａ）、（ｂ）に示すように、指示入力装置１０は、画面４に沿った光学的検出領域を画面４に向かって指示体３が進入する方向に重ねて複数段設け、複数段の光学的検出領域の各段における指示体３の指示位置を光学的に検出可能な検出部１１を設けると共に、検出部１１からの出力を受信して、複数段の光学的検出領域における指示体３による指示位置の座標ｘ、ｙと、指示体による指示の開始／終了と、を処理する処理部１２とを設けている。そして、複数段の光学的検出領域として第１検出領域５と第２検出領域の２段を設けている。第１検出領域５に対応させた反射部材５ａ、５ｂ、５ｃと、第２検出領域６に対応させた反射部材６ａ、６ｂ、６ｃと、を枠体７に設けており、画面４からの高さが異なる第１検出領域５と第２検出領域６とにおいて、それぞれ指示体３を検出可能である。

詳しく説明すると、枠体７の３つの立面７ａ、７ｂ、７ｃにそれぞれ再帰反射シートの反射部材（５ａ、６ａ）、（５ｂ、６ｂ）、（５ｃ、６ｃ）が取り付けられている。画面４から３０ｍｍの高さの立面７ａ、７ｂ、７ｃに幅５ｍｍの反射部材５ａ、５ｂ、５ｃが画面４から２５ｍｍ離間させて貼付されている。反射部材５ａ、５ｂ、５ｃから画面４方向に５ｍｍ離間させて、幅５ｍｍの反射部材６ａ、６ｂ、６ｃが貼付されている。

再帰反射シートは、光が入った方向に再び帰るように反射現象を引き起こすシート材料であって、第１撮像部１３（第２撮像部１４）から照射された赤外線の反射光を第１撮像部１３（第２撮像部１４）へ効率的に入射させて、第１撮像部１３（第２撮像部１４）の撮像出力において指示体３の影を際立たせる明るい背景画像を形成する。

図２（ｃ）に示すように、反射部材５ａ、６ａ、５ｂ、６ｂ、５ｃ、６ｃと第１撮像部１３及び第２撮像部１４との間に第１検出領域５及び第２検出領域６が並列な面状に形成されている。第１検出領域５は、入力画像４ａを表示する画面４に沿って画面４から離間させて設けられている。第２検出領域６は、画面４と第１検出領域５の間に、画面４に沿って設けられ、第１検出領域５から画面４に向かう方向に離間している。このように、第２検出領域６と第１検出領域５との間に距離（マージン）を設けているので、第１検知領域５と第２検知領域６との間で指示体３が不必要な移動を繰り返し難い。また、指示体３のＺ座標方向の移動の有無に加えて、当該距離の移動速度というＺ座標方向の情報を取得することもできる。

また、第２検出領域６は、画面４から遠ざかる方向に離間させて設けられている。第２検出領域６と画面４との間に距離を設けているので、画面４から離間した位置で指示体３をＺ座標方向に移動させてＯＮ／ＯＦＦ操作する非接触タッチ方式の指示入力装置１０において、指示体３をＺ座標方向に移動させる位置の選択幅が広くなっている。したがって、指示体３が誤って画面４にタッチすることを回避し易くなる。

なお、図２（ｃ）に示すように、第１検出領域５及び第２検出領域６は厳密な平行面ではなく、第１撮像部１３の近く及び第２撮像部１４の近くでは、第１検出領域５と第２検出領域６とが十分に離間していない。しかし、上述した条件で反射部材５ａ、６ａ、５ｂ、６ｂ、５ｃ、６ｃを取り付けた画面４の大部分では、第１検出領域５と第２検出領域６とは平行面と見做せ、離間していると見做せる。また、画面４の反射部材５ａ、６ａ、５ｂ、６ｂ、５ｃ、６ｃに近い側に操作ボタンの操作画像４ａを配置し、第１撮像部１３及び第２撮像部１４が設けられた画面４の上辺側は、テキストや写真を用いた説明画像に割り当てている。

図２（ａ）に示すように、指示入力装置１０は、検出部１１と処理部１２とを有する。検出部１１は、画面４を囲む枠体７の立面７ａ、７ｂ、７ｃに第１検出領域５及び第２検出領域６に対応させて平行に設けた第１反射部材５ａ、５ｂ、５ｃ及び第２反射部材６ａ、６ｂ、６ｃと、枠体７に沿って水平方向に離間した位置に設けられて第１反射部材５ａ、５ｂ、５ｃ及び第２反射部材６ａ、６ｂ、６ｃをそれぞれ一体に撮像する第１撮像部１３及び第２撮像部１４と、を有する。

そして、処理部１２は、第１反射部材５ａ、５ｂ、５ｃ及び第２反射部材６ａ、６ｂ、６ｃの第１撮像部１３による撮像出力と、第１反射部材５ａ、５ｂ、５ｃ及び第２反射部材６ａ、６ｂ、６ｃの第２撮像部１４による撮像出力と、を処理して、指示体３による指示位置の座標ｘ、ｙを出力する。

より具体的に説明すると、図２（ａ）に示すように、枠体７の上辺の両端に第１撮像部１３及び第２撮像部１４が配置されている。第１撮像部１３は、反射部材（５ｂ、６ｂ）、（５ｃ、６ｃ）を明るい背景とする指示体３の影を撮像する。第２撮像部１４は、反射部材（５ａ、６ａ）、（５ｂ、６ｂ）を背景とする指示体３の影を撮像する。ここで、実施の形態１では、第１撮像部１３及び第２撮像部１４は、モニター装置２の上辺の２つの隅に配置され、第１撮像部１３は、第１反射部材５ｂ、５ｃ及び第２反射部材６ｂ、６ｃを画角に捉えて一体に撮像し、第２撮像部１４は、第１反射部材５ａ、５ｂ及び第２反射部材６ａ、６ｂを画角に捉えて一体に撮像している。これは、第１撮像部１３及び第２撮像部１４の間の距離が大きいほど三角測量の原理を用いた指示位置の検出精度が高くなるためである。また、第１撮像部１３及び第２撮像部１４の画角を狭くして、レンズ等の小型化、低コスト化を図るためである。

処理部１２は、第１撮像部１３及び第２撮像部１４による第１反射部材５ａ、５ｂ、５ｃ及び第２反射部材６ａ、６ｂ、６ｃの撮像出力に基づいていわゆる三角測量の演算を行うことにより、第１検出領域５における指示体３の座標ｘ１、ｙ１と、第２検出領域６における指示体３の座標ｘ２、ｙ２とを検出することができる。撮像制御部１１ｃは、第１撮像部１３及び第２撮像部１４に必要な電力を供給し、照明及び撮像の各種条件とタイミングを制御し、処理部１２の請求に基づいて撮像信号（撮像データ）を処理部１２に引き渡す。

図３に示すように、第１撮像部１３及び第２撮像部１４は同一に構成される。第１撮像部１３（第２撮像部１４）は、光源部１３ａ（１４ａ）とカメラ部１３ｂ（１４ｂ）をフレーム１３ｆ（１４ｆ）に固定して、フレキシブル基板１３ｅ（１４ｅ）によって配線されている。フレキシブル基板１３ｅ、１４ｅは、座標検出部Ｄとしての処理部１２に接続されている。

光源部１３ａ（１４ａ）は、図２（ａ）に示す枠体７の第１撮像部１３（第２撮像部１４）に対向する立面７ｂ、７ｃ（７ａ、７ｂ）の第１反射部材５ｂ、５ｃ（５ａ、５ｂ）及び第２反射部材６ｂ、６ｃ（６ａ、６ｂ）を照射する。カメラ部１３ｂ（１４ｂ）は、光源部１３ａ（１４ａ）から射出して、図２（ａ）に示す第１撮像部１３（第２撮像部１４）に対向する立面７ｂ、７ｃ（７ａ、７ｂ）の第１反射部材５ｂ、５ｃ（５ａ、５ｂ）及び第２反射部材６ｂ、６ｃ（６ａ、６ｂ）で反射された反射光を撮像する。

図４に示すように、光源部１３ａ、１４ａは、トーリックレンズ１３ｃ、１４ｃ及び複数のＬＥＤ１３ｄ、１４ｄを有する。トーリックレンズ１３ｃ、１４ｃは、円筒形の屈折面を有する平凸レンズであるシリンドリカルレンズを湾曲させた形状の屈折面を有するレンズである。これは、ＬＥＤ１３ｄ、１４ｄからの光を、水平方向では少なくとも１２０度程度以上の放射角を有し、垂直方向には集光するものである。トーリックレンズ１３ｃ、１４ｃの屈折面や湾曲率は、第１検出領域５及び第２検出領域６の面に垂直な方向に狭く、面内方向に広い光を照射可能とするように設計されている。

複数のＬＥＤ１３ｄ、１４ｄは、赤外線ＬＥＤ素子であって、トーリックレンズ１３ｃ、１４ｃを介して第１検出領域５及び第２検出領域６の面方向に沿った光を照射するように扇状に配置されている。ＬＥＤ１３ｄ、１４ｄは、フレキシブル基板１３ｅ、１４ｅに直接配置されている。なお、本発明の指示入力装置に用いられる光源部は、図示したものには限定されない。光源部は、第１検出領域５及び第２検出領域６に光を照射可能な照射角となるように構成されるものが好ましい。

図５に示すように、カメラ部１３ｂ、１４ｂは、一例として、広角レンズ１３ｇ、１４ｇ及びイメージセンサ１３ｈ、１４ｈを有する。広角レンズ１３ｇ、１４ｇは、例えば２群４枚のレンズで構成される。広角レンズ１３ｇ、１４ｇは、第１検出領域５及び第２検出領域６からイメージセンサ１３ｈ、１４ｈの結像面に向かって、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４の順に配置されるものであり、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４との間に、絞りＳ１が配置されている。第１レンズＬ１は、第１検出領域５及び第２検出領域６側に凸面を向けた負メニスカスレンズであり、第２レンズＬ２は結像面側に小さな曲率面を設けた負レンズである。また、第３レンズＬ３は第１検出領域５及び第２検出領域６側に凸面を向けた正レンズであり、第４レンズＬ４は結像面側に凸面を向けた正レンズである。

広角レンズ１３ｇ、１４ｇは、このように構成されたレンズ群を、第１検出領域５及び第２検出領域６の面方向に沿って上下面が平面となるように薄く構成したスライスレンズである。図３に示すように、広角レンズ１３ｇ、１４ｇとトーリックレンズ３１を上下に積層して配置しているので、第１撮像部１３及び第２撮像部１４を薄型化することが可能となると共に、光源部１３ａ、１４ａとカメラ部１３ｂ、１４ｂの光軸を近接させることが可能になっている。

イメージセンサ１３ｈ、１４ｈは、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子である。また、イメージセンサ１３ｈ、１４ｈは、リニアイメージセンサやエリアイメージセンサである。エリアイメージセンサの場合には、指示入力装置１０のタッチ検出の前後の指示体３のｚ座標方向の動きも検出可能なため、より高度な検出及び出力信号処理が可能となる。イメージセンサ１３ｈ、１４ｈは、フレキシブル基板１３ｅ、１４ｅに直接配置されている。

なお、本発明の指示入力装置に用いられるカメラ部は、図示したものには限定さない。カメラ部は、第１検出領域５及び第２検出領域６全体を撮像可能な画角を有するものが好ましい。

（座標出力制御）
図２、図６に示すように、画面４と第２検出領域６と第１検出領域５とは、ｚ座標方向に相互に離間しつつ重なっている。そして、検出部１１は、第１撮像部１３及び第２撮像部１４を有し、第１検出領域５と第２検出領域６とに進入する指示体３を光学式に検出する。処理部１２は、検出部１１の出力を処理して、指示体３による指示位置ｘ，ｙを算出して、出力する。図７に示すように、処理部１２は、１０ｍｓｅｃごとに第１撮像部１３及び第２撮像部１４の出力を処理して、指示体３を検出し、指示体３が検出されると、指示体３による指定位置の座標ｘ、ｙを算出して出力する。処理部１２は、指示体３による指示位置の座標ｘ、ｙとして、第２検出領域６における指示体３の非検出時には第１検出領域５における指示体３による指示位置の座標ｘ１、ｙ１を出力し、第２検出領域６における指示体３の検出時には第２検出領域６における指示体３による指示位置の座標ｘ２、ｙ２を出力する。

処理部１２は、第１検出領域５で指示体３が検出されて（Ｓ１１のＹｅｓ）、第２検出領域６でも指示体３が検知されているとき（Ｓ１２のＹｅｓ）、第２検出領域６における指示体３の指示位置の座標ｘ２、ｙ２を算出して（Ｓ１３）、出力する（Ｓ１４）。処理部１２は、第１検出領域５で指示体３が検知されていても（Ｓ１１のＹｅｓ）、第２検出領域６で指示体３が検知されていないときは（Ｓ１２のＮｏ）、第１検出領域５における指示体３の指示位置の座標ｘ１、ｙ１を算出して（Ｓ１５）、出力する（Ｓ１６）。処理部１２は、第１検出領域５で指示体３が検知されていないとき（Ｓ１１のＮｏ）、座標ｘ、ｙを出力することなく処理を終了する。

このため、指示入力装置１０は、画面４に近い位置で指示体３による指示がされている場合には画面４に近い第２検出領域６で検出した第２座標ｘ２、ｙ２を出力するので、指示体３による指示位置の検出精度を高めることができる。

（検出開始／終了制御）
上述したように、非接触タッチ方式の入力装置では、指示体のＺ座標方向の小さな動きを拾ってＯＮ／ＯＦＦの認識の誤動作が多くなる。このため、実施の形態１では、画面４から所定距離まで指示体３を近付けると指示体３による指示の開始を出力する一方、指示体３を画面４から遠ざける際には所定距離よりも小さい距離で指示体３による指示の終了を出力させて、ＯＮ／ＯＦＦにヒステリシスを設けている。

また、非接触タッチ方式の入力装置では、画面に近い位置で指示体を移動させた後に移動先で指示体をＺ座標方向に移動させてＯＮ／ＯＦＦ操作しようとした場合にＯＮ／ＯＦＦを認識してくれない場合がある。このため、実施の形態１では、所定距離よりも小さい距離で指示体３の画面４から遠ざかる移動を検出して指示の終了を出力させた後に続いて所定距離よりも小さい距離で指示体３の画面４に向かう移動を検出した場合には指示体３による指示の開始を出力している。

図２、図６に示すように、処理部１２は、第１撮像部１３及び第２撮像部１４の撮像出力に基づいて、第１検出領域５における指示体３の非検出→検出、検出→非検出と、第２検出領域６における指示体３の非検出→検出、検出→非検出と、を判断する。第１撮像部１３及び第２撮像部１４による反射部材５ａ、５ｂ、５ｃの撮像出力から指示体３を抽出できる場合を第１検出領域５における指示体３の検出と判断し、抽出できない場合を指示体３の非検出と判断する。第１撮像部１３及び第２撮像部１４による反射部材６ａ、６ｂ、６ｃの撮像出力から指示体３を抽出できる場合を第２検出領域６における指示体３の検出と判断し、検出できない場合を指示体３の非検出と判断する。

画面４上に指示体３が存在しない最初の状態で検出フラグはＯＦＦである。図８（ａ）に示すように、検出フラグがＯＦＦの状態で（Ｓ２１のＹｅｓ）、第１検出領域５で指示体３が検出されると（Ｓ２２のＹｅｓ）、検出開始時と判断して検出フラグがＯＮされ、指示体３の検出開始が出力される（Ｓ２３）。この後、検出フラグがＯＮのため、（ｂ）及び（ｃ）のフローに接続する。

図８（ｂ）に示すように、検出フラグがＯＮに保たれている間に（Ｓ３１のＹｅｓ）、第１検出領域５から指示体３が退去して第１検出領域５で指示体３が検出されなくなると（Ｓ３２のＹｅｓ）、検出終了時と判断して検出フラグがＯＦＦされ、指示体３の検出終了が出力される（Ｓ３３）。これにより、検出フラグがＯＦＦされた最初の状態に戻る。

一方、図８（ｃ）に示すように、検出フラグがＯＮに保たれている間に（Ｓ４１のＹｅｓ）、第２検出領域６へ指示体３が進入し、その後に第２検出領域６から指示体３が退去して第２検出領域６で検出されなくなると（Ｓ４２のＹｅｓ）、検出終了時と判断して検出フラグがＯＦＦされ、指示体３の検出終了が出力される（Ｓ３３）。この後、検出フラグがＯＦＦのため、（ａ）及び（ｄ）のフローに接続する。

図８（ｄ）に示すように、検出フラグがＯＦＦに保たれている間に（Ｓ５１のＹｅｓ）、第２検出領域６へ再び指示体３が進入して第２検出領域６で指示体３が検出されると（Ｓ５２のＹｅｓ）、検出開始時と判断して検出フラグがＯＮされ、指示体３の検出開始が出力される（Ｓ５３）。この後、検出フラグがＯＮのため、（ｃ）のフローに接続する。

その結果、図１に示すように、指示入力装置１０は、画面４から所定距離まで指示体３を近付けると（Ｓ２２のＹｅｓ）指示体３による指示の開始を出力する一方で（Ｓ２３）、その後、指示体３を画面４から遠ざける際には所定距離よりも小さい距離で指示体３による指示の終了を出力する。このように、指示体３による指示の開始／終了の出力にヒステリシスを設けて、指示入力装置１０の安定した動作を実現している。

また、図１に示すように、入力画像４ａがＯＮされるとき、指示体３の第１検出領域５への侵入時に１回目のＯＮ操作の開始となり、指示体３の第２検出領域６からの退去時に１回目のＯＮ操作の終了となる。指示体３の退去時や指示体３の停止時に手が震えて発生したＯＮ／ＯＦＦ操作は無視される。

また、図８（ｄ）に示すように、処理部１２は、指示体３の不十分な浅い退去位置から入力画像４ａへ向かって指示体３を移動させた際にＯＮ操作を認識するため、ＯＮ操作が認識されないまま指示体３をさらに押し込んで画面４に衝突させる事態が回避される。そして、画面４に近い位置で指示体３を画面４に沿って移動させた後にその移動先で指示体をＺ座標方向に移動させてＯＮ／ＯＦＦ操作しようとした場合にそのＯＮ／ＯＦＦ操作を認識できる。このようにして、指示入力装置１０は、指示体３のＺ座標方向の情報に基づいて出力精度を高めたり、操作性を高めたりすることができる。

＜実施の形態２＞
図２に示すように、実施の形態１では、第１撮像部１３及び第２撮像部１４を有する検出部１１が画面４上の指示体３を光学的に検出した。しかし、図９（ａ）に示すように、画面４上の指示体３を光学的に検出する検出部１１は、２枚の赤外線マトリックス素子２５、２６を有する検出部２１に置き換え可能である。そして、実施の形態２でも、複数段の光学的検出領域として第１検出領域５と第２検出領域の２段を設けている。

すなわち、図１に示す指示入力装置１０において、反射部材５ａ、５ｂ、５ｃの位置に赤外線マトリックス素子（２５）を取り付けて第１検出領域５を設定し、反射部材６ａ、６ｂ、６ｃの位置に赤外線マトリックス素子（２６）を取り付けて第２検出領域６を設定することができる。これにより、指示入力装置１０と同様に、入力画像４ａを表示した画面４から離れた位置で指示体３を画面４に垂直な方向に移動させて入力画像４ａを操作する指示入力装置（２０）を提供することができる。図７、図８のフローチャートの制御を実行して指示体３の指示位置の座標の出力精度を高めたり、指示入力装置２０の出力の安定性及び操作性を高めたりすることができる。

図９（ａ）に示すように、画面４と第２検出領域６と第１検出領域５とは、ｚ座標方向に相互に離間しつつ重なっている。指示入力装置２０の検出部２１は、入力画像を表示する画面４に沿って画面４から離間させて設けた第１検出領域５と、画面４と第１検出領域５の間に画面４に沿って設けた第２検出領域６と、に進入する指示体３を、光学式に検出可能である。処理部２２は、検出部２１の出力を処理して、第１検出領域５又は第２検出領域６における指示体３による指示位置の座標ｘ、ｙと、指示体３による指示の開始／終了と、を出力する。

検出部２１は、第１検出領域５に進入した指示体３を光学的に検出して第１検出領域５における指示体３の指示位置の座標ｘ１、ｙ１を出力する第１赤外線マトリックス素子２５と、第２検出領域６に進入した指示体３を検出して第２検出領域６における指示体３の指示位置の座標ｘ２、ｙ２を検出する第２赤外線マトリックス素子２６と、を有する。第１赤外線マトリックス素子２５と第２赤外線マトリックス素子２６とは同一のものであるため、以下では、第１赤外線マトリックス素子２５について説明し、第２赤外線マトリックス素子２６に関する重複した説明を省略する。

第１赤外線マトリックス素子２５は、複数の発光素子Ｅ１～Ｅ１０、Ｆ１～Ｆ１０、複数の受光素子Ｇ１～Ｇ１０、Ｈ１～Ｈ１０、ドライバ回路２５ａ、２５ｂ、および素子制御部２５ｃを有する。

複数の発光素子Ｅ１～Ｅ１０と複数の受光素子Ｇ１～Ｇ１０は、第１検出領域５を挟んで、ｘ座標方向に配置されている。複数の発光素子Ｆ１～Ｆ１０と複数の受光素子Ｈ１～Ｈ１０は、第１検出領域５を挟んで、ｙ座標方向に配置されている。

素子制御部２５ｃは、ドライバ回路２５ａを介して、複数の発光素子Ｅ１～Ｅ１０、Ｆ１～Ｆ１０を順次発光させる。素子制御部２５ｃは、ドライバ回路２５ｂを介して、複数の受光素子Ｇ１～Ｇ１０、Ｈ１～Ｈ１０のうち発光している発光素子Ｅ１～Ｅ１０、Ｆ１～Ｆ１０の正面に位置するものについて、受光の有無を検出する。

たとえば、指示体３が第１検出領域５において画面４の入力画像４ａの上空で検出されると、発光素子Ｅ５から射出した赤外光が受光素子Ｇ５に到達しなくなり、発光素子Ｆ５から射出した赤外光が受光素子Ｈ５に到達しなくなる。受光素子Ｇ５及び受光素子Ｈ５は、赤外光を受光しないため、ドライバ回路２５ｂおよび素子制御部２５ｃには、受光素子Ｇ５及び受光素子Ｈ５からの受光検出信号が送信されなくなる。このとき、処理部２２は、指示体３が、第１検出領域５において受光素子Ｇ５のｘ座標と受光素子Ｈ５のｙ座標の交点にあると認識する。

素子制御部２５ｃは、このような指示体３の認識処理を、複数の発光素子Ｅ１～Ｅ１０、Ｆ１～Ｆ１０および複数の受光素子Ｇ１～Ｇ１０、Ｈ１～Ｈ１０について所定の周波数にしたがって時分割的に実施することにより、第１検出領域５における指示体３の指示位置の座標ｘ、ｙを検出する。

本発明の指示入力装置は、画面に垂直な方向の３層以上の検出領域を設けた実施の形態を含む。３層以上の検出領域は、必ずその中に第１検出領域及び第２検出領域を含む。第１検出領域と第２検出領域とを有する指示入力装置は、第２検出領域と画面との間に別の第２検出領域を１以上追加して、実質的に第３検出領域、第４検出領域、・・・を設けることができる。そして、任意の２つの検出領域の間で、上述した第１検出領域と第２検出領域の間の関係を成立させることができる。例えば、第２反射部材と画面の間に別の第２反射部材を１以上追加して、実質的に第３検出領域、第４検出領域、・・を設けてもよい。一対の撮像部に対して平行な第１反射部材、第２反射部材、第３反射部材を設けることにより、指示入力装置の出力におけるＺ座標方向の分解能を高めてもよい。

実施の形態１では、第１検出領域及び第２検出領域に対して共通の第１撮像部１３及び第２撮像部１４を設けたが、第１検出領域及び第２検出領域に対してそれぞれ１組の第１撮像部１３及び第２撮像部１４を設けてもよい。

本発明の指示入力装置及び電子機器は、上述した実施の形態に限定されるものではない。本発明の指示入力装置に用いられて指示体の指示位置の座標を検出する光学式位置検出装置は、実施の形態１の反射部材撮像方式、及び実施の形態２の赤外線マトリックス素子方式に限定されるものではない。

本発明の指示入力装置における制御は、図７、図８のフローチャートの制御には限定されない。第１検出領域及び第２検出領域を用いて取得したｚ座標方向の情報に基づいて非接触タッチ方式の入力装置の様々な用途、機能、動作安定性、及び利便性を追加する場合を含む。

図６に示すように、実施の形態１の指示入力装置１０は、モニター装置２及び制御部１５を備えた非接触タッチ方式の入力装置１の一部である。入力装置１は、所定の処理や動作を行って各種機能を実現する作動部１６を有する処理装置１７の一部として利用することができる。

本発明の電子機器は、汎用の指示入力装置には限定されるものではない。パーソナルコンピューター、タブレット、自動販売機、レストランの料理注文装置、映画館の入場券販売機、施設等の案内装置、受付装置、公共施設の窓口検索装置、図書館の書籍検索装置等の電子機器において実施してもよい。指示体は手指に限定されるものではない。顔、頭、衣服、足、肩、手に持った杖等のアイテムであってもよい。

１ 非接触タッチ方式の入力装置（電子機器）
２ モニター装置
３ 指示体
４ 画面
４ａ 入力画像
５ 第１検出領域
５ａ、５ｂ、５ｃ、６ａ、６ｂ、６ｃ 反射部材
６ 第２検出領域
７ 枠体
７ａ、７ｂ、７ｃ 立面
１０、２０ 指示入力装置
１１、２１ 検出部
１１ｃ 撮像制御部
１２、２２ 処理部
１３ 第１撮像部
１３ａ、１４ａ 光源部
１３ｂ、１４ｂ カメラ部
１３ｃ、１４ｃ トーリックレンズ
１３ｄ、１４ｄ ＬＥＤ
１３ｅ、１４ｅ フレキシブル基板
１３ｆ、１４ｆ フレーム
１３ｇ、１４ｇ 広角レンズ
１３ｈ、１４ｈ イメージセンサ
１４ 第２撮像部
１５ 制御部
１６ 作動部
１７ 処理装置
２５ 第１赤外線マトリックス素子
２６ 第２赤外線マトリックス素子
２５ａ、２５ｂ、２６ａ、２６ｂ ドライバ回路
２５ｃ、２６ｃ 素子制御部

Claims (10)

1. 入力画像を表示する画面に沿った光学的検出領域を前記画面に向かって指示体が進入する方向に重ねて複数段設け、前記複数段の光学的検出領域の各段における指示体の指示位置を光学的に検出可能な検出部を設けると共に、前記検出部からの出力を受信して、前記複数段の光学的検出領域における前記指示体による指示位置の座標と、前記指示体による指示の開始／終了と、を処理する処理部とを設けたことを特徴とする、指示入力装置。
2. 前記複数段の光学的検出領域は、前記画面から離間させて前記画面に沿って設けた第１検出領域と、前記画面と前記第１検出領域の間に前記画面に沿って設けた第２検出領域と、を有し、
   前記第２検出領域は、前記第１検出領域から前記画面に向かう方向に離間させて設けられていることを特徴とする請求項１に記載の指示入力装置。
3. 前記第２検出領域は、前記画面から遠ざかる方向に離間させて設けられていることを特徴とする請求項２に記載の指示入力装置。
4. 前記検出部は、前記画面を囲む枠体の立面に前記第１検出領域及び前記第２検出領域に
   対応させて平行に設けた第１反射部材及び第２反射部材と、前記枠体に沿って離間した位置に設けられて前記第１反射部材及び前記第２反射部材をそれぞれ一体に撮像する第１撮像部及び第２撮像部と、を有し、
   前記処理部は、前記第１反射部材及び前記第２反射部材の前記第１撮像部による撮像出力と、前記第１反射部材及び前記第２反射部材の前記第２撮像部による撮像出力と、を処理して前記指示体による指示位置の座標を出力することを特徴とする請求項２に記載の指示入力装置。
5. 前記検出部は、前記画面を囲む枠体に前記第１検出領域に対応させて設けた第１赤外線マトリックス素子と、前記枠体に前記第２検出領域に対応させて設けた第２赤外線マトリックス素子と、を有し、
   前記処理部は、前記第１赤外線マトリックス素子の出力と、前記第２赤外線マトリックス素子の出力と、を処理して前記指示体による指示位置の座標を出力することを特徴とする請求項２に記載の指示入力装置。
6. 前記処理部は、前記指示体による指示位置の座標として、前記第２検出領域における前記指示体の非検出時には前記第１検出領域における前記指示体による指示位置の座標を出力し、前記第２検出領域における前記指示体の検出時には前記第２検出領域における前記指示体による指示位置の座標を出力することを特徴とする請求項２に記載の指示入力装置。
7. 前記処理部は、前記第１検出領域における前記指示体の検出開始時に前記指示体による指示の開始を出力し、当該指示の開始に続いて発生する前記第２検出領域における前記指示体の検出終了時に前記指示体による指示の終了を出力することを特徴とする請求項２に記載の指示入力装置。
8. 前記処理部は、前記第２検出領域における前記指示体の検出終了に伴う指示の終了の出力に続いて発生する前記第２検出領域における前記指示体の検出開始時に前記指示体による指示の開始を出力することを特徴とする請求項７の指示入力装置。
9. 前記画面を有するモニター装置と、
   前記画面に前記入力画像を出力すると共に、前記処理部の出力に基づいて前記画面上で前記指示体により指示された前記入力画像に基づく出力を制御する制御部と、を有することを特徴とする請求項１に記載の指示入力装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の指示入力装置を有することを特徴とする電子機器。

Images